De R 1200-serie kwam in 2004 op de markt met de 1170cc-motor. Hij had luchtgekoelde cilinders, maar de cilinderkoppen kregen een zekere mate van oliekoeling, om te voorkomen dat de temperatuur rond de uit- en inlaatkanalen te hoog werd. Bovendien was een grotere oliekoeler toegepast. In elk van de cilinderkoppen zaten vier kleppen en een korte, door een ketting aangedreven nokkenas. De aandrijving ging via een tussenas die onder de krukas lag. Dit was nodig om de distributieverhouding (draaisnelheid krukas: nokkenas = 2:1) te realiseren. Dat vereist normaal gesproken een groot nokkenastandwiel, maar daar was binnen in de cilinderkoppen geen plaats voor. Er was voor het eerst door BMW een balansas toegepast. Deze zat binnen in de tussenas en draaide met het krukastoerental, maar tegengesteld. De balansgewichten zaten aan het uiteinden van de as, aan de voorkant in het aandrijftandwiel, aan de achterkant buiten het blok achter de koppeling. Ook de krukas was gewijzigd: de krukwangen waren dunner, waardoor de krukas stijver en korter kon worden. De brandstofinjectie werkte nu gescheiden per cilinder en daarom zat in beide uitlaatbochten een lambdasonde. Om het pingelen van de motor tegen te gaan was een extra "pingelsensor" toegepast, die de ontsteking en injectie direct aanpaste. Daardoor kon de compressieverhouding verhoogd worden. De nokkenassen zaten niet boven de kleppen, zodat toch nog korte stoters en tuimelaars nodig waren om de kleppen te bedienen. De in- en uitlaatkleppen waren groter geworden. De brandstofinjectie en de ontsteking werden aangestuurd door het nieuwe BMW Engine Management System. Het blok kon kort gebouwd worden door de dynamo, die vroeger aan de voorzijde van de krukas zat, boven op de motor te plaatsten, aangedreven door een riem. Ten opzichte van de R 1150-serie was de drukgestuurde klep in het uitlaatsysteem nieuw, Die maakte de doorlaat van de uitlaat bij hogere toerentallen groter, waardoor het geluid ook wat forser werd. Desondanks was het uitlaatsysteem veel lichter geworden. Vanaf 2010 begon BMW deze modellen uit te rusten met de DOHC-cilinderkoppen die van de HP2-serie stamden.
